Mastère Tunnel. Conception des bouchons de démarrage. 23 Janvier 2012 F.RENAULT - D.I.T.S. Documents pédagogiques internes au Mastère TOS

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1 Mastère Tunnel Conception des bouchons de démarrage 23 Janvier 2012 F.RENAULT - D.I.T.S

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3 Généralités Bouchon de démarrage: Quels objectifs Objectif principal = pas d effondrement. Assurer la stabilité du front Quand on va ouvrir la paroi en descendant les terrassements Quand on va démarrer sans disposer de la pression de confinement Empêcher les circulations d eau Pour terrasser la station Pour éviter les entraînements de fines Pour assurer une bonne injection du mortier 3

4 Objectifs à adapter à la configuration C est le terrain qui commande Les besoins en stabilité ne sont pas les mêmes Cas des argiles Cas des sables fins Cas des roches tendres Les risques liés aux circulation d eau ne sont pas les mêmes Projet hors nappe Projet avec faible perméabilité 4

5 Prolongement du Métro à Oullins Cas du démarrage d une station avec un TBM de 10m de diamètre, dans des alluvions 2.5m 14.5m Mortier de bourrage Joint de démarrage Objectif #1 : Démarrer avec le TBM en sécurité. Conditions à remplir : Ne pas compter que sur le joint de démarrage pour éviter les entrées d eau (et de sable). Avoir un front stable sur les premiers mètres. Solutions envisagées : Traitement sur une longueur de 14.5m. Terrain traité 2.5m autour du tunnelier et suffisamment résistant pour permettre de démarrer avec peu de pression. 5

6 Prolongement du métro à Oullins Cas du démarrage d une station avec un TBM de 10m de diamètre, dans des alluvions Terrain traité Objectif #2 : Pouvoir démolir la paroi moulée en sécurité. Condition à remplir : Le terrain doit être stable et les venues d eau faibles. Solution envisagée : Traitement du terrain pour renforcer sa résistance et diminuer sa perméabilité. 6

7 7 Exemple : Métro de Lyon Prolongation jusqu à Oullins.

8 8 14,80m 9,80m 17m Substitution de terrain Cas d un démarrage dans du sable fin, sous nappe.

9 9 Cas d un démarrage dans les argiles

10 10 Comment calcule t on un bouchon? Ne pas oublier ce qui se passe autours

11 11 Alternative : démarrage par une pré-galerie

12 Généralités Bouchon d arrivée : Quels objectifs Objectif principal = pas d effondrement. Assurer la stabilité en voûte Besoin d une résistance mécanique Empêcher les circulations d eau Pour terrasser la station Pour éviter les entraînements de fines Ne pas trop solliciter la paroi de la station 12

13 Rappel C est le terrain qui commande Les besoins en stabilité ne sont pas les mêmes Cas des argiles Cas des sables fins Cas des roches tendres Les risques liés aux circulation d eau ne sont pas les mêmes Projet hors nappe Projet avec faible perméabilité 13

14 Prolongement du Métro à Oullins Cas d une arrivée en station avec un TBM de 10m de diamètre, dans des alluvions 14.5m Mortier de bourrage Objectif #1: Pouvoir rentrer dans la station sans joint d arrivée. Condition à remplir : Isoler le tunnelier avant d ouvrir la paroi moulée. Solution envisagée : Traitement d étanchement sur 14.5m de long et 2.5m autour de la machine. 14

15 Prolongement du métro à Oullins Cas du démarrage d une station avec un TBM de 10m de diamètre, dans des alluvions Objectif #2 : Réduire les sollicitations dans la paroi moulée. Condition à remplir : Réduire la pression de confinement à la pression de la nappe. Solution envisagée : Résistance du massif traité pour permettre de travailler en dessous de la pression de confinement. 15

16 16 Exemple : Métro de Lyon Prolongation jusqu à Oullins.

17 Pressions équilibrées donc pas de circulation d eau Cas d une arrivée en noyant le puits d arrivée pour équilibrer les pressions 17

18 18 Arrivée dans une cloche : on reporte le problème à l intérieur de la station

19 19 Elements de conception du revêtement

20 Etape 1 : Définition de la géométrie de base Choix du découpage d un anneau En fonction des courbes du tracé! : le rayon de revêtement doit être inférieur au rayon du tracé Pincement # Diamètre x Longueur / Rayon Ex : p = 9,5m x 1,8m / 300m = 57mm Axe projet R alignement théorique : 400m R alignement TBM : 300m 20

21 21 En fonction du TBM (nombre et longueur des vérins)

22 22 En fonction du mode de liaison Voussoirs trapézoïdaux => Grandes clés

23 23 Pré-dimensionnement de l épaisseur

24 24 Etape 2 : Définition de la géométrie des contacts

25 Etape 3 : Dimensionnement Définir les charges : 1- de terrain 2- de mortier 3- provisoires Poussée des vérins, Montage avec l érecteur, Stockage Ne pas oublier les manipulations dans l usine) 4- accidentelles Feu, Séisme, Explosion 25

26 Tunnel peu profond : Pv = h x H 26

27 3 4 e I I j n 12 2 Etape 4 : Calcul des sollicitations Solution simplifiée pour prise en compte des joints : Utilisation de la formule de Muir Wood Le module de rigidité en flexion peut être calculé à partir de la formule de Muir Wood qui donne une inertie équivalente : où : courante. I j est l inertie au niveau des joints, n est le nombre de joints, e est l épaisseur des voussoirs en section 27

28 28 Modélisation 1 : méthode du solide hyperstatique Attention aux ressorts tendus

29 29 Modélisation 2 : Calcul éléments finis

30 Etape 4 : Vérification des joints Cas du joint «anneau-anneau» L excentricité est due 1- à un écart géométrique 2- à la tolérance de positionnement du patin de vérin Cas du joint «voussoir-voussoir» L excentricité est due au rapport M/N Vérification de la résistance du béton (EC2 6,7 «pression localisée») Vérification des armature d éclatement (EC «Tirants») 30